JP7552080B2 - Precipitation hardening stainless steel powder, compound, granulated powder, precipitation hardening stainless steel sintered body, and method for manufacturing the precipitation hardening stainless steel sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、析出硬化系ステンレス鋼粉末、コンパウンド、造粒粉末、析出硬化系ステンレス鋼焼結体および析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to precipitation hardening stainless steel powder, compounds, granulated powders, precipitation hardening stainless steel sintered bodies, and methods for producing precipitation hardening stainless steel sintered bodies.
粉末冶金法では、金属粉末と有機バインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形した後、得られた成形体を脱脂して脱脂体とし、さらに脱脂体を焼成することにより、焼結体を製造する。このような焼結体の製造過程では、金属粉末の粒子同士の間で原子の拡散現象が生じ、これにより成形体が徐々に緻密化して焼結に至る。 In powder metallurgy, a composition containing metal powder and an organic binder is molded into a desired shape, the resulting molded body is degreased to produce a degreased body, and the degreased body is then fired to produce a sintered body. In the process of producing such a sintered body, atomic diffusion occurs between the particles of the metal powder, which causes the molded body to gradually become dense and sintered.
このような粉末冶金法において、成形体を脱脂する際には、成形体を加熱することによって有機バインダーを熱分解させ、除去する。成形体中に有機バインダーが残存すると、焼結体の特性が低下するため、有機バインダーの除去方法に関して、様々な検討がなされている。 In this type of powder metallurgy process, when the compact is degreased, the compact is heated to thermally decompose the organic binder and remove it. If the organic binder remains in the compact, the properties of the sintered compact will deteriorate, so various methods for removing the organic binder are being investigated.
例えば、特許文献1には、金属材料粉末と、ポリオキシメチレン樹脂を含有する結合剤と、を含む成形体を、酸含有雰囲気下で加熱することにより、脱脂処理を施すことが開示されている。このように酸含有雰囲気下で脱脂処理を施すことにより、酸が結合剤を分解するため、結合剤を効率よく除去することができる。そのため、前述した課題を低減することができる。 For example, Patent Document 1 discloses that a molded body containing a metal material powder and a binder containing polyoxymethylene resin is degreased by heating it in an acid-containing atmosphere. By carrying out the degreasing process in this manner in an acid-containing atmosphere, the acid decomposes the binder, allowing the binder to be removed efficiently. This reduces the aforementioned problems.
特許文献1に記載の方法では、脱脂処理において大半の有機バインダーが除去されると考えられる。しかしながら、一部の有機バインダーは成形体中に残存し、その後の焼成処理において、金属材料粉末の焼結が進行するのと並行して除去されることになる。このとき、例えば、用いられる金属材料粉末の粒径が小さい場合等には、焼結の進行が速くなる傾向がある。つまり、より低温の段階で焼結が開始してしまう場合がある。そうすると、焼成処理の際に有機バインダーが成形体内に閉じ込められてしまうことがある。その結果、焼結体における炭素原子濃度の上昇を招き、焼結体の機械的特性が低下することが懸念される。 In the method described in Patent Document 1, it is believed that most of the organic binder is removed in the degreasing process. However, some of the organic binder remains in the molded body and is removed in the subsequent firing process as the sintering of the metal material powder progresses. At this time, for example, when the particle size of the metal material powder used is small, the sintering tends to progress faster. In other words, sintering may start at a lower temperature. If this happens, the organic binder may be trapped inside the molded body during the firing process. As a result, the carbon atom concentration in the sintered body increases, and there is a concern that the mechanical properties of the sintered body may deteriorate.
本発明の適用例に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末は、
Crが15.00質量%以上17.50質量%以下の範囲内の濃度Aで含まれ、
Siが0.30質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Bで含まれ、
Nbが0.15質量%以上0.45質量%以下の範囲内の濃度Cで含まれ、
Niが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Dで含まれ、
Mnが0.05質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Eで含まれ、
Cuが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Fで含まれ、
下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上13.5質量%以下であること
を特徴とする。
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
・・(1)
The precipitation hardening stainless steel powder according to the application example of the present invention is
Cr is contained at a concentration A in the range of 15.00 mass% or more and 17.50 mass% or less,
Si is contained at a concentration B in the range of 0.30 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Nb is contained at a concentration C in the range of 0.15 mass% or more and 0.45 mass% or less,
Ni is contained at a concentration D in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
Mn is contained at a concentration E in the range of 0.05 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Cu is contained at a concentration F in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
The value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass % or more and 13.5 mass % or less.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
...(1)
以下、本発明の析出硬化系ステンレス鋼粉末、コンパウンド、造粒粉末、析出硬化系ステンレス鋼焼結体および析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法の実施形態について詳細に説明する。 The following provides a detailed description of embodiments of the precipitation hardening stainless steel powder, compound, granulated powder, precipitation hardening stainless steel sintered body, and method for producing the precipitation hardening stainless steel sintered body of the present invention.
1.析出硬化系ステンレス鋼粉末
まず、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末について説明する。
1. Precipitation hardening stainless steel powder First, the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment will be described.
粉末冶金技術では、金属粉末とバインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形した後、脱脂処理および焼成処理に供することにより、所望の形状の焼結体を得ることができる。このような粉末冶金技術によれば、その他の技術に比べ、複雑で微細な形状の焼結体をニアネットシェイプ、すなわち最終形状に近い形状で製造することができる。 In powder metallurgy, a composition containing metal powder and a binder is molded into the desired shape, and then degreasing and sintering are performed to obtain a sintered body of the desired shape. Compared to other techniques, this type of powder metallurgy makes it possible to manufacture sintered bodies of complex and fine shapes in near-net shapes, i.e., shapes that are close to the final shape.
実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末は、Cr、Si、Nb、Ni、MnおよびCuを含む析出硬化系ステンレス鋼で構成された粉末である。そして、かかる粉末では、Crが15.00質量%以上17.50質量%以下の範囲内の濃度Aで含まれ、Siが0.30質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Bで含まれ、Nbが0.15質量%以上0.45質量%以下の範囲内の濃度Cで含まれ、Niが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Dで含まれ、Mnが0.05質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Eで含まれ、Cuが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Fで含まれている。また、かかる粉末では、下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上14.0質量%以下である。 The precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment is a powder composed of precipitation hardening stainless steel containing Cr, Si, Nb, Ni, Mn and Cu. In this powder, Cr is contained at a concentration A in the range of 15.00 mass% to 17.50 mass%, Si is contained at a concentration B in the range of 0.30 mass% to 1.00 mass%, Nb is contained at a concentration C in the range of 0.15 mass% to 0.45 mass%, Ni is contained at a concentration D in the range of 3.00 mass% to 5.00 mass%, Mn is contained at a concentration E in the range of 0.05 mass% to 1.00 mass%, and Cu is contained at a concentration F in the range of 3.00 mass% to 5.00 mass%. In this powder, the value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass% to 14.0 mass%.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8 ・・・ (1) δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8... (1)
このような析出硬化系ステンレス鋼粉末によれば、析出硬化系ステンレス鋼に由来する優れた機械的強度を維持しつつ、焼結性を抑えることができる。このため、焼成処理において、焼結が開始する温度を上昇させることができる。その結果、成形体中に残存していた有機バインダーをより確実に除去することができ、焼結体における炭素原子濃度の上昇を抑制することができる。したがって、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末は、機械的強度が高い焼結体を製造することが可能である。 With such a precipitation hardening stainless steel powder, it is possible to suppress sinterability while maintaining the excellent mechanical strength derived from precipitation hardening stainless steel. Therefore, the temperature at which sintering starts can be increased in the firing process. As a result, the organic binder remaining in the compact can be more reliably removed, and an increase in the carbon atom concentration in the sintered body can be suppressed. Therefore, the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment makes it possible to produce a sintered body with high mechanical strength.
以下、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末の合金組成についてさらに詳述する。なお、以下の説明では、析出硬化系ステンレス鋼粉末を単に「金属粉末」ということもある。 The alloy composition of the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment will be described in more detail below. In the following description, the precipitation hardening stainless steel powder may also be simply referred to as "metal powder."
1.1 Cr
Cr(クロム)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性を付与する元素である。Crを含む金属粉末を用いることで、耐食性が高くなり、良好な耐食性を有する焼結体が得られる。
1.1 Cr
Cr (chromium) is an element that mainly imparts corrosion resistance to the sintered body to be produced. By using a metal powder containing Cr, the corrosion resistance is increased, and a sintered body having good corrosion resistance can be obtained.
金属粉末におけるCrの濃度Aは、15.00質量%以上17.50質量%以下とされるが、好ましくは15.20質量%以上16.90質量%以下とされ、より好ましくは15.50質量%以上16.70質量%以下とされる。Crの濃度Aが前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性が不十分になるおそれがある。一方、Crの濃度Aが前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、焼結性が低下し、焼結体の高密度化が困難になるため、焼結体の耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。
なお、焼結体の機械的特性とは、例えば機械的強度、硬度といった特性のことを指す。
The Cr concentration A in the metal powder is 15.00% by mass or more and 17.50% by mass or less, preferably 15.20% by mass or more and 16.90% by mass or less, and more preferably 15.50% by mass or more and 16.70% by mass or less. If the Cr concentration A is below the lower limit, depending on the overall composition, the corrosion resistance of the sintered body to be manufactured may be insufficient. On the other hand, if the Cr concentration A is above the upper limit, depending on the overall composition, the sinterability may decrease, making it difficult to increase the density of the sintered body, and the corrosion resistance and mechanical properties of the sintered body may decrease.
The mechanical properties of the sintered body refer to properties such as mechanical strength and hardness.
1.2 Si
Si(ケイ素)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性および高い機械的特性を付与する元素である。Siを含む金属粉末を用いることで、耐食性および機械的特性が高くなり、良好な耐食性を有する焼結体が得られる。
1.2 Si
Silicon (Si) is an element that mainly imparts corrosion resistance and high mechanical properties to the sintered body to be produced. By using a metal powder containing Si, the corrosion resistance and mechanical properties are improved, and a sintered body having good corrosion resistance can be obtained.
金属粉末におけるSiの濃度Bは、0.30質量%以上1.00質量%以下とされるが、好ましくは0.35質量%以上0.95質量%以下とされ、より好ましくは0.40質量%以上0.90質量%以下とされる。Siの濃度Bが前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や表面性状、機械的特性が低下するおそれがある。一方、Siの濃度Bが前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、組成のバランスが崩れやすくなるため、製造される焼結体の耐食性や表面性状、機械的特性が低下するおそれがある。
なお、焼結体の表面性状とは、例えば鏡面性、平滑性といった特性のことを指す。
The Si concentration B in the metal powder is 0.30% by mass or more and 1.00% by mass or less, preferably 0.35% by mass or more and 0.95% by mass or less, and more preferably 0.40% by mass or more and 0.90% by mass or less. If the Si concentration B is below the lower limit, the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties of the sintered body produced may be reduced depending on the overall composition. On the other hand, if the Si concentration B is above the upper limit, the composition balance may be easily lost depending on the overall composition, and the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties of the sintered body produced may be reduced.
The surface properties of the sintered body refer to properties such as mirror finish and smoothness.
1.3 Nb
Nb(ニオブ)は、製造される焼結体に析出物を析出させ、焼結体の機械的特性を高める元素である。
金属粉末におけるNbの濃度Cは、0.15質量%以上0.45質量%以下とされるが、好ましくは0.20質量%以上0.40質量%以下とされ、より好ましくは0.25質量%以上0.35質量%以下とされる。Nbの濃度Cが前記下限値を下回ると、焼結体において析出物の析出が制限されるため、焼結体の機械的特性を十分に高めることができないおそれがある。一方、Nbの濃度Cが前記上限値を上回ると、析出物が過剰に析出し、焼結体の密度が低下するとともに、焼結体の機械的特性がかえって低下する。
1.3 Nb
Nb (niobium) is an element that causes precipitates to form in the sintered body to be produced, thereby improving the mechanical properties of the sintered body.
The Nb concentration C in the metal powder is 0.15% by mass or more and 0.45% by mass or less, preferably 0.20% by mass or more and 0.40% by mass or less, and more preferably 0.25% by mass or more and 0.35% by mass or less. If the Nb concentration C is below the lower limit, the precipitation of precipitates in the sintered body is restricted, and the mechanical properties of the sintered body may not be sufficiently improved. On the other hand, if the Nb concentration C exceeds the upper limit, the precipitates are excessively precipitated, the density of the sintered body decreases, and the mechanical properties of the sintered body are deteriorated.
1.4 Ni
Ni(ニッケル)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性および耐熱性を付与する元素である。Niを含む金属粉末を用いることで、耐食性および耐熱性が高くなり、良好な耐食性および表面性状を有する焼結体が得られる。
1.4 Ni
Ni (nickel) is an element that mainly imparts corrosion resistance and heat resistance to the sintered body to be produced. By using a metal powder containing Ni, the corrosion resistance and heat resistance are increased, and a sintered body having good corrosion resistance and surface properties can be obtained.
金属粉末におけるNiの濃度Dは、3.00質量%以上5.00質量%以下とされるが、好ましくは3.50質量%以上4.70質量%以下とされ、より好ましくは3.80質量%以上4.50質量%以下とされる。Niの濃度Dが前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や表面性状を十分に高められないおそれがある。一方、Niの濃度Dが前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、組成のバランスが崩れやすくなるため、製造される焼結体の耐食性や表面性状が低下するおそれがある。 The Ni concentration D in the metal powder is 3.00% by mass or more and 5.00% by mass or less, preferably 3.50% by mass or more and 4.70% by mass or less, and more preferably 3.80% by mass or more and 4.50% by mass or less. If the Ni concentration D is below the lower limit, depending on the overall composition, the corrosion resistance and surface properties of the sintered body to be manufactured may not be sufficiently improved. On the other hand, if the Ni concentration D is above the upper limit, depending on the overall composition, the balance of the composition may be easily lost, and the corrosion resistance and surface properties of the sintered body to be manufactured may be reduced.
1.5 Mn
Mn(マンガン)は、Siと同様、製造される焼結体に耐食性および高い機械的特性を付与する元素である。Mnを含む金属粉末を用いることで、耐食性および機械的特性が高くなり、良好な耐食性および機械的特性を有する焼結体が得られる。
1.5 Mn
Like Si, Mn (manganese) is an element that imparts corrosion resistance and high mechanical properties to the sintered body to be manufactured. By using a metal powder containing Mn, the corrosion resistance and mechanical properties are improved, and a sintered body having good corrosion resistance and mechanical properties can be obtained.
金属粉末におけるMnの濃度Eは、特に限定されないが、0.05質量%以上1.00質量%以下であるのが好ましく、0.07質量%以上0.50質量%以下であるのがより好ましく、0.10質量%以上0.40質量%以下であるのがさらに好ましい。Mnの濃度Eが前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や表面性状、機械的特性を十分に高められないおそれがあり、一方、Mnの濃度Eが前記上限値を上回ると、かえって耐食性や表面性状、機械的特性が低下するおそれがある。 The Mn concentration E in the metal powder is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass to 1.00% by mass, more preferably 0.07% by mass to 0.50% by mass, and even more preferably 0.10% by mass to 0.40% by mass. If the Mn concentration E is below the lower limit, depending on the overall composition, the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties of the sintered body produced may not be sufficiently improved, while if the Mn concentration E exceeds the upper limit, the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties may be reduced.
1.6 Cu
Cu(銅)は、製造される焼結体に金属間化合物を析出させ、焼結体の機械的特性を高める元素である。
金属粉末におけるCuの濃度Fは、3.00質量%以上5.00質量%以下とされるが、好ましくは3.10質量%以上4.50質量%以下とされ、より好ましくは3.20質量%以上4.20質量%以下とされる。Cuの濃度Fが前記下限値を下回ると、焼結体において金属間化合物の析出が制限されるため、焼結体の機械的特性を十分に高めることができないおそれがある。一方、Cuの濃度Fが前記上限値を上回ると、金属間化合物が過剰に析出し、焼結体の密度が低下するとともに、焼結体の機械的特性がかえって低下する。
1.6 Cu
Cu (copper) is an element that causes intermetallic compounds to precipitate in the sintered body to be produced, thereby improving the mechanical properties of the sintered body.
The Cu concentration F in the metal powder is 3.00% by mass or more and 5.00% by mass or less, preferably 3.10% by mass or more and 4.50% by mass or less, and more preferably 3.20% by mass or more and 4.20% by mass or less. If the Cu concentration F is below the lower limit, the precipitation of intermetallic compounds in the sintered body is restricted, and the mechanical properties of the sintered body may not be sufficiently improved. On the other hand, if the Cu concentration F exceeds the upper limit, the intermetallic compounds are excessively precipitated, the density of the sintered body decreases, and the mechanical properties of the sintered body are deteriorated.
1.7 δの値
本実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末は、下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上14.0質量%以下である。
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8 ・・・ (1)
1.7 Value of δ In the precipitation hardening stainless steel powder according to this embodiment, the value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass % or more and 14.0 mass % or less.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8... (1)
このような式(1)で規定されるδの値は、析出硬化系ステンレス鋼粉末を用いて製造される焼結体の機械的特性を損なうことなく、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性を抑えることができる。具体的には、式(1)の右辺の第1項は、主にフェライトを生成する元素に関連する項であり、第2項は、主にオーステナイトを生成する元素に関連する項である。フェライトは、オーステナイトに比べて、焼結時の拡散速度が速いため、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性を高める方向へ寄与する。 The value of δ defined in formula (1) can suppress the sinterability of the precipitation hardening stainless steel powder without impairing the mechanical properties of the sintered body produced using the precipitation hardening stainless steel powder. Specifically, the first term on the right side of formula (1) is a term related mainly to the elements that form ferrite, and the second term is a term related mainly to the elements that form austenite. Ferrite has a faster diffusion rate during sintering than austenite, and therefore contributes to increasing the sinterability of the precipitation hardening stainless steel powder.
これを踏まえ、本実施形態では、フェライトを生成する元素の濃度と、オーステナイトを生成する元素の濃度と、の比を、式(1)に基づいて最適化することにより、得られる焼結体において、析出硬化系ステンレス鋼に由来する優れた機械的強度を維持しつつ、焼結性を抑えている。より具体的には、式(1)で規定されるδの値を前記範囲内に設定することにより、焼結体の機械的強度を維持しつつ、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性を抑え、従来よりも拡散速度を遅くすることを可能にしている。これにより、成形体を焼成処理に供した際、金属粉末の焼結が開始する温度をより高めることができる。その結果、金属粉末が焼結を開始するよりも前の段階で、成形体中に残存していた有機バインダーをより確実に除去することができる。 In light of this, in this embodiment, the ratio of the concentration of elements that form ferrite to the concentration of elements that form austenite is optimized based on formula (1), thereby suppressing the sinterability of the resulting sintered body while maintaining the excellent mechanical strength derived from precipitation hardened stainless steel. More specifically, by setting the value of δ defined in formula (1) within the above range, it is possible to suppress the sinterability of the precipitation hardened stainless steel powder while maintaining the mechanical strength of the sintered body, and to slow the diffusion rate compared to conventional methods. This makes it possible to further increase the temperature at which the sintering of the metal powder begins when the compact is subjected to a sintering process. As a result, it is possible to more reliably remove the organic binder remaining in the compact before the metal powder begins to sinter.
なお、有機バインダーの除去とは、例えば、有機バインダーまたはその分解物が揮発すること、有機バインダーに含まれる炭素原子が金属粉末に含まれる酸素原子または金属粉末に吸着した酸素原子と反応し、その反応物が揮発すること等を指す。 Note that removal of the organic binder refers to, for example, the volatilization of the organic binder or its decomposition products, or the reaction of carbon atoms contained in the organic binder with oxygen atoms contained in the metal powder or oxygen atoms adsorbed to the metal powder, and the volatilization of the reaction products.
ここで、有機バインダーは、有機化合物を主材料としているため、炭素原子を含んでいる。成形体中の有機バインダーを十分に除去することができない場合、焼結体中に従来よりも多くの炭素原子が残留し、焼結体の機械的強度を低下させる懸念がある。これに対し、本実施形態では、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性を抑えることによって、焼結処理における有機バインダーの除去効率を高めることができる。これにより、焼結体中の炭素原子濃度を抑えることができ、機械的強度が高い焼結体を製造することが可能になる。 Here, the organic binder contains carbon atoms because it is mainly made of an organic compound. If the organic binder in the compact cannot be sufficiently removed, more carbon atoms than before will remain in the sintered body, which may reduce the mechanical strength of the sintered body. In contrast, in this embodiment, the sinterability of the precipitation hardening stainless steel powder is suppressed, thereby making it possible to increase the efficiency of removing the organic binder in the sintering process. This makes it possible to suppress the carbon atom concentration in the sintered body, making it possible to produce a sintered body with high mechanical strength.
δの値は、10.0質量%以上14.0質量%以下とされるが、好ましくは10.5質量%以上13.5質量%以下とされ、より好ましくは11.0質量%以上13.0質量%以下とされる。δの値が前記下限値を下回ると、オーステナイトを生成する元素の濃度が高くなる。この場合、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性は低下するものの、焼結性が低くなりすぎる傾向が生じ、焼結体の密度を高めにくくなる。これにより、得られる焼結体の機械的強度の低下を招く。一方、δの値が前記上限値を上回ると、フェライトを生成する元素の濃度が高くなる。この場合、析出硬化系ステンレス鋼粉末の焼結性が高くなりすぎて、得られる焼結体中の炭素原子濃度が高くなる。これにより、焼結体の機械的強度の低下を招く。 The value of δ is 10.0 mass% or more and 14.0 mass% or less, preferably 10.5 mass% or more and 13.5 mass% or less, and more preferably 11.0 mass% or more and 13.0 mass% or less. If the value of δ is below the lower limit, the concentration of elements that form austenite increases. In this case, the sinterability of the precipitation hardened stainless steel powder decreases, but the sinterability tends to become too low, making it difficult to increase the density of the sintered body. This leads to a decrease in the mechanical strength of the resulting sintered body. On the other hand, if the value of δ exceeds the upper limit, the concentration of elements that form ferrite increases. In this case, the sinterability of the precipitation hardened stainless steel powder becomes too high, and the carbon atom concentration in the resulting sintered body increases. This leads to a decrease in the mechanical strength of the sintered body.
1.8 Fe
Fe(鉄)は、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末に含まれる元素のうち、含有率が最も高い元素、すなわち主成分であり、製造される焼結体の特性に大きな影響を及ぼす。Feの含有率は、特に限定されないが、50質量%以上であるのが好ましく、60質量%以上であるのがより好ましい。
1.8 Fe
Among the elements contained in the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment, Fe (iron) is the element with the highest content, i.e., the main component, and has a large effect on the properties of the sintered body produced. The Fe content is not particularly limited, but is preferably 50 mass% or more, and more preferably 60 mass% or more.
1.9 その他の元素
実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末は、上述した元素の他、必要に応じて、C、Mo、W、N、SおよびPのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
1.9 Other Elements The precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment may contain at least one of C, Mo, W, N, S and P, in addition to the elements described above, as necessary.
C(炭素)は、製造される焼結体に対し、侵入型元素として固溶体硬化を生じさせたり、Cまたは他の元素を含む析出物によって析出硬化を生じさせたりする元素である。Cを含む金属粉末を用いることで、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。一方、Cの濃度、すなわち炭素原子濃度が高すぎると、焼結体の機械的特性、例えば硬度が低下する。
金属粉末におけるCの濃度は、0.07質量%以下とされるが、好ましくは0.01質量%以上0.05質量%以下とされる。Cの濃度が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、組成のバランスが崩れやすくなるため、製造される焼結体の機械的特性が低下するおそれがある。
C (carbon) is an element that causes solid solution hardening as an interstitial element in the manufactured sintered body, or causes precipitation hardening by precipitates containing C or other elements. By using a metal powder containing C, a sintered body having high mechanical properties can be obtained. On the other hand, if the concentration of C, i.e., the carbon atom concentration, is too high, the mechanical properties of the sintered body, such as hardness, are reduced.
The C concentration in the metal powder is set to 0.07% by mass or less, preferably 0.01% by mass or more and 0.05% by mass or less. If the C concentration exceeds the upper limit, depending on the overall composition, the composition balance is likely to be lost, and the mechanical properties of the sintered body to be produced may be deteriorated.
Mo(モリブデン)は、製造される焼結体の耐食性を強化する元素である。
金属粉末におけるMoの濃度は、特に限定されないが、1.00質量%以下であるのが好ましく、0.01質量%以上0.50質量%以下であるのがより好ましい。Moの濃度を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐食性をより強化することができる。
Mo (molybdenum) is an element that enhances the corrosion resistance of the produced sintered body.
The Mo concentration in the metal powder is not particularly limited, but is preferably 1.00 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% to 0.50 mass%. By setting the Mo concentration within the above range, the corrosion resistance of the sintered body can be further enhanced without causing a significant decrease in the density of the sintered body to be produced.
W(タングステン)は、製造される焼結体の耐熱性を強化する元素である。
金属粉末におけるWの濃度は、特に限定されないが、1.00質量%以下であるのが好ましく、0.01質量%以上0.50質量%以下であるのがより好ましい。Wの濃度を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐熱性をより強化することができる。
W (tungsten) is an element that enhances the heat resistance of the sintered body to be produced.
The W concentration in the metal powder is not particularly limited, but is preferably 1.00 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% to 0.50 mass%. By setting the W concentration within the above range, the heat resistance of the sintered body can be further enhanced without causing a significant decrease in the density of the sintered body to be produced.
N(窒素)は、製造される焼結体の耐力等の機械的特性を高める元素である。
金属粉末におけるNの濃度は、特に限定されないが、1.00質量%以下であるのが好ましく、0.001質量%以上0.50質量%以下であるのがより好ましく、0.05質量%以上0.30質量%以下であるのがさらに好ましい。Nの濃度を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐力等の機械的特性をより高めることができる。
N (nitrogen) is an element that enhances mechanical properties such as the yield strength of the produced sintered body.
The concentration of N in the metal powder is not particularly limited, but is preferably 1.00 mass% or less, more preferably 0.001 mass% to 0.50 mass% or less, and even more preferably 0.05 mass% to 0.30 mass% or less. By setting the concentration of N within the above range, it is possible to further improve the mechanical properties such as the yield strength of the sintered body without causing a significant decrease in the density of the sintered body produced.
なお、Nが添加された金属粉末を製造するには、例えば、窒化した原料を用いる方法、溶融金属に対して窒素ガスを導入する方法、製造された金属粉末に窒化処理を施す方法等が用いられる。 To manufacture metal powder with added N, for example, a method using a nitrided raw material, a method of introducing nitrogen gas into molten metal, a method of subjecting the manufactured metal powder to a nitriding treatment, etc. can be used.
S(硫黄)は、製造される焼結体の被削性を高める元素である。
金属粉末におけるSの濃度は、特に限定されないが、0.50質量%以下であるのが好ましく、0.001質量%以上0.30質量%以下であるのがより好ましい。Sの濃度を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、製造される焼結体の被削性をより高めることができる。
S (sulfur) is an element that enhances the machinability of the produced sintered body.
The concentration of S in the metal powder is not particularly limited, but is preferably 0.50 mass% or less, and more preferably 0.001 mass% to 0.30 mass% or less. By setting the concentration of S within the above range, the machinability of the sintered body to be produced can be further improved without causing a significant decrease in the density of the sintered body to be produced.
P(リン)は、製造される焼結体に対し、侵入型元素として固溶体硬化を生じさせたり、他の元素と化合してなる析出物によって析出硬化を生じさせたりする元素である。Pを含む金属粉末を用いることで、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。 P (phosphorus) is an element that acts as an interstitial element to cause solid solution hardening in the sintered body being manufactured, and also causes precipitation hardening through precipitates formed by combining with other elements. By using metal powder containing P, sintered bodies with high mechanical properties can be obtained.
金属粉末におけるPの濃度は、0.50質量%以下とされるが、好ましくは0.001質量%以上0.35質量%以下とされ、より好ましくは0.005質量%以上0.30質量%以下とされる。Pの濃度が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、Pを添加したとしても焼結体の機械的特性を十分に高めることができないおそれがある。一方、Pの濃度が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、組成のバランスが崩れやすくなるため、製造される焼結体の機械的特性が低下するおそれがある。 The P concentration in the metal powder is 0.50% by mass or less, preferably 0.001% by mass to 0.35% by mass or less, and more preferably 0.005% by mass to 0.30% by mass or less. If the P concentration is below the lower limit, depending on the overall composition, the mechanical properties of the sintered body may not be sufficiently improved even if P is added. On the other hand, if the P concentration exceeds the upper limit, depending on the overall composition, the composition may become unbalanced, and the mechanical properties of the sintered body produced may be reduced.
O(酸素)は、意図的に添加されたり不可避的に含んでいたりしてもよいが、その濃度は0.01質量%以上0.70質量%以下であるのが好ましく、0.15質量%以上0.60質量%以下であるのがより好ましい。金属粉末中のOの濃度をこの範囲内に収めることにより、金属粉末の粒子表面に酸化ケイ素が析出するため、MnやCr等の元素の酸化を抑制することができる。その結果、最終的に製造される焼結体の耐食性および表面性状を高めることができる。
なお、Oの含有率が前記下限値を下回ると、酸化ケイ素の析出量が少なくなるため、MnやCr等の元素の酸化が進行するおそれがある。この場合、製造される焼結体の耐食性や表面性状、機械的特性が低下するおそれがある。一方、Oの含有率が前記上限値を上回ると、酸化ケイ素に加えて、金属粉末の製造時点で、MnやCrの酸化物も生成されることとなる。このため、製造される焼結体の密度が上がりにくくなり、また、それに伴って、耐食性や表面性状、機械的特性の低下を招くおそれがある。
O (oxygen) may be intentionally added or unavoidably contained, but its concentration is preferably 0.01% by mass or more and 0.70% by mass or less, and more preferably 0.15% by mass or more and 0.60% by mass or less. By keeping the O concentration in the metal powder within this range, silicon oxide precipitates on the particle surfaces of the metal powder, so that oxidation of elements such as Mn and Cr can be suppressed. As a result, the corrosion resistance and surface properties of the sintered body finally produced can be improved.
If the O content falls below the lower limit, the amount of silicon oxide precipitated is reduced, which may lead to the oxidation of elements such as Mn and Cr. In this case, the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties of the sintered body produced may be degraded. On the other hand, if the O content exceeds the upper limit, in addition to silicon oxide, oxides of Mn and Cr are also generated at the time of producing the metal powder. For this reason, it becomes difficult to increase the density of the sintered body produced, and this may lead to a decrease in the corrosion resistance, surface properties, and mechanical properties.
また、Oの濃度は、0.20質量%以上0.55質量%以下であるのがさらに好ましく、0.33質量%以上0.53質量%以下であるのが特に好ましい。金属粉末中のOの濃度をこの範囲内に収めることにより、上記効果に加え、金属粉末中の酸素原子を有機バインダー由来の炭素原子と反応させることができる。例えば、金属粉末中の酸素原子が酸化ケイ素として存在している場合、下記式(2)で表される反応によって、焼結体中から酸素原子および炭素原子を除去することができる。
SiO2+2C→Si+2CO↑ ・・・(2)
このような反応により、酸素原子を用いて、有機バインダー由来の炭素原子を消費し、除去することができる。したがって、所定量の酸素原子を含めることにより、焼結体に残留する有機バインダー由来の炭素原子濃度を抑制することができる。
The concentration of O is more preferably 0.20% by mass or more and 0.55% by mass or less, and particularly preferably 0.33% by mass or more and 0.53% by mass or less. By keeping the concentration of O in the metal powder within this range, in addition to the above effects, oxygen atoms in the metal powder can react with carbon atoms derived from the organic binder. For example, when oxygen atoms in the metal powder exist as silicon oxide, oxygen atoms and carbon atoms can be removed from the sintered body by the reaction represented by the following formula (2).
SiO 2 +2C→Si+2CO↑ ...(2)
By such a reaction, the carbon atoms derived from the organic binder can be consumed and removed using oxygen atoms. Therefore, by including a predetermined amount of oxygen atoms, the concentration of carbon atoms derived from the organic binder remaining in the sintered body can be suppressed.
なお、Oの濃度が前記下限値を下回ると、焼結体において炭素原子を十分に消費することができないおそれがある。一方、Oの濃度が前記上限値を上回ると、組成のバランスが崩れやすくなり、製造される焼結体の機械的強度や耐食性が低下するおそれがある。 If the O concentration falls below the lower limit, the carbon atoms in the sintered body may not be consumed sufficiently. On the other hand, if the O concentration exceeds the upper limit, the composition may become unbalanced, and the mechanical strength and corrosion resistance of the sintered body may decrease.
析出硬化系ステンレス鋼粉末には、上述した元素の他、焼結体の特性を高めるため、H、Be、B、Al、Co、As、Sn、Se、Zr、Y、Ti、Hf、Ta、Te、Pb等が添加されていてもよい。その場合、これらの元素の濃度は、特に限定されないが、前述した焼結体の特性を阻害しない程度とされ、それぞれ0.1質量%未満であるのが好ましく、合計でも0.2質量%未満であるのが好ましい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。 In addition to the elements mentioned above, the precipitation hardening stainless steel powder may contain H, Be, B, Al, Co, As, Sn, Se, Zr, Y, Ti, Hf, Ta, Te, Pb, etc. to enhance the properties of the sintered body. In this case, the concentrations of these elements are not particularly limited, but should be such that they do not impair the properties of the sintered body described above, and are preferably less than 0.1 mass% each, and preferably less than 0.2 mass% in total. Note that these elements may be unavoidably included.
さらに、析出硬化系ステンレス鋼粉末には、不可避的な不純物が含まれていてもよい。不純物としては、上述した元素以外の全ての元素が挙げられる。これらの不純物の各濃度は、それぞれFe、Cr、Si、Nb、Ni、Mn、Cuの各濃度よりも少なければよい。また特に、これらの不純物の濃度は、それぞれ0.03質量%未満であるのが好ましく、不純物の濃度の合計は0.30質量%未満であるのが好ましい。なお、これらの不純物は、その濃度が前記範囲内であれば、前述したような効果が阻害されないので、意図的に添加されていてもよい。 Furthermore, the precipitation hardening stainless steel powder may contain unavoidable impurities. Examples of impurities include all elements other than those mentioned above. The concentration of each of these impurities may be less than the respective concentrations of Fe, Cr, Si, Nb, Ni, Mn, and Cu. In particular, the concentration of each of these impurities is preferably less than 0.03 mass%, and the total concentration of the impurities is preferably less than 0.30 mass%. Note that these impurities may be intentionally added, as long as their concentrations are within the above ranges, and the effects described above are not inhibited.
析出硬化系ステンレス鋼粉末のタップ密度は、3.5g/cm3以上5.5g/cm3以下であるのが好ましく、4.0g/cm3以上5.0g/cm3以下であるのがより好ましい。このような析出硬化系ステンレス鋼粉末であれば、成形体を得る際に、粒子間の充填性が特に高くなる。このため、最終的に、特に緻密な焼結体を得ることができる。 The tap density of the precipitation hardening stainless steel powder is preferably 3.5 g/cm3 or more and 5.5 g/cm3 or less, and more preferably 4.0 g/cm3 or more and 5.0 g/cm3 or less . Such a precipitation hardening stainless steel powder provides particularly high interparticle packing when a compact is obtained. As a result, a particularly dense sintered body can be obtained in the end.
析出硬化系ステンレス鋼粉末の比表面積は、0.10m2/g以上0.70m2/g以下であるのが好ましく、0.15m2/g以上0.50m2/g以下であるのがより好ましい。このような析出硬化系ステンレス鋼粉末であれば、表面の活性(表面エネルギー)が最適化されるため、適度な焼結性が得られる。このため、有機バインダーやその分解物、炭素原子の反応物等が焼結体中に残存するのを抑制しつつ、十分な焼結速度を得ることができる。その結果、炭素原子濃度の低減を図りつつ、緻密な焼結体を得ることができる。 The specific surface area of the precipitation hardening stainless steel powder is preferably 0.10 m2 /g or more and 0.70 m2 /g or less, more preferably 0.15 m2 /g or more and 0.50 m2 /g or less. Such a precipitation hardening stainless steel powder optimizes the surface activity (surface energy) and provides suitable sinterability. This makes it possible to obtain a sufficient sintering rate while suppressing the organic binder, its decomposition products, and the reaction products of carbon atoms from remaining in the sintered body. As a result, a dense sintered body can be obtained while reducing the carbon atom concentration.
1.10 分析方法
実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末の組成比は、例えば、JIS G 1257:2000に規定された鉄及び鋼-原子吸光分析法、JIS G 1258:2007に規定された鉄及び鋼-ICP発光分光分析法、JIS G 1253:2002に規定された鉄及び鋼-スパーク放電発光分光分析法、JIS G 1256:1997に規定された鉄及び鋼-蛍光X線分析法、JIS G 1211~G 1237に規定された重量・滴定・吸光光度法等により特定することができる。具体的には、例えばスパーク放電発光分光分析装置であるSPECTRO社製固体発光分光分析装置、モデル:SPECTROLAB、タイプ:LAVMB08Aや、株式会社リガク製ICP装置、CIROS120型が挙げられる。
1.10 Analysis Method The composition ratio of the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment can be determined by, for example, iron and steel-atomic absorption spectrometry as specified in JIS G 1257:2000, iron and steel-ICP optical emission spectrometry as specified in JIS G 1258:2007, iron and steel-spark discharge optical emission spectrometry as specified in JIS G 1253:2002, iron and steel-fluorescent X-ray analysis as specified in JIS G 1256:1997, and gravimetric/titration/absorption spectrometry as specified in JIS G 1211 to G 1237. Specifically, for example, a spark discharge optical emission spectrometer manufactured by SPECTRO, Inc., a solid-state optical emission spectrometer, model: SPECTROLAB, type: LAVMB08A, and an ICP device manufactured by Rigaku Corporation, CIROS120 type, can be mentioned.
なお、JIS G 1211~G 1237は、下記の通りである。
JIS G 1211:2011 鉄及び鋼-炭素定量方法
JIS G 1212:1997 鉄及び鋼-けい素定量方法
JIS G 1213:2001 鉄及び鋼中のマンガン定量方法
JIS G 1214:1998 鉄及び鋼-りん定量方法
JIS G 1215:2010 鉄及び鋼-硫黄定量方法
JIS G 1216:1997 鉄及び鋼-ニッケル定量方法
JIS G 1217:2005 鉄及び鋼-クロム定量方法
JIS G 1218:1999 鉄及び鋼-モリブデン定量方法
JIS G 1219:1997 鉄及び鋼-銅定量方法
JIS G 1220:1994 鉄及び鋼-タングステン定量方法
JIS G 1221:1998 鉄及び鋼-バナジウム定量方法
JIS G 1222:1999 鉄及び鋼-コバルト定量方法
JIS G 1223:1997 鉄及び鋼-チタン定量方法
JIS G 1224:2001 鉄及び鋼中のアルミニウム定量方法
JIS G 1225:2006 鉄及び鋼-ひ素定量方法
JIS G 1226:1994 鉄及び鋼-すず定量方法
JIS G 1227:1999 鉄及び鋼中のほう素定量方法
JIS G 1228:2006 鉄及び鋼-窒素定量方法
JIS G 1229:1994 鋼-鉛定量方法
JIS G 1232:1980 鋼中のジルコニウム定量方法
JIS G 1233:1994 鋼-セレン定量方法
JIS G 1234:1981 鋼中のテルル定量方法
JIS G 1235:1981 鉄及び鋼中のアンチモン定量方法
JIS G 1236:1992 鋼中のタンタル定量方法
JIS G 1237:1997 鉄及び鋼-ニオブ定量方法
In addition, JIS G 1211 to G 1237 are as follows.
JIS G 1211:2011 Iron and steel-Determination of carbon JIS G 1212:1997 Iron and steel-Determination of silicon JIS G 1213:2001 Iron and steel-Determination of manganese JIS G 1214:1998 Iron and steel-Determination of phosphorus JIS G 1215:2010 Iron and steel-Determination of sulfur JIS G 1216:1997 Iron and steel-Determination of nickel JIS G 1217:2005 Iron and steel-Determination of chromium JIS G 1218:1999 Iron and steel-Determination of molybdenum JIS G 1219:1997 Iron and steel-Determination of copper JIS G 1220:1994 Iron and steel-Determination of tungsten JIS G JIS G 1221:1998 Iron and steel-Determination of vanadium JIS G 1222:1999 Iron and steel-Determination of cobalt JIS G 1223:1997 Iron and steel-Determination of titanium JIS G 1224:2001 Iron and steel-Determination of aluminum JIS G 1225:2006 Iron and steel-Determination of arsenic JIS G 1226:1994 Iron and steel-Determination of tin JIS G 1227:1999 Iron and steel-Determination of boron JIS G 1228:2006 Iron and steel-Determination of nitrogen JIS G 1229:1994 Steel-Determination of lead JIS G 1232:1980 Steel-Determination of zirconium JIS G 1233:1994 Steel-Determination of selenium JIS G 1234:1981 Determination of tellurium in steel JIS G 1235:1981 Determination of antimony in iron and steel JIS G 1236:1992 Determination of tantalum in steel JIS G 1237:1997 Determination of niobium in iron and steel
また、C(炭素)およびS(硫黄)の特定に際しては、特に、JIS G 1211:2011に規定された酸素気流燃焼 高周波誘導加熱炉燃焼-赤外線吸収法も用いられる。具体的な分析装置としては、LECO社製炭素・硫黄分析装置、CS-200が挙げられる。
さらに、N(窒素)およびO(酸素)の特定に際しては、特に、JIS G 1228:2006に規定された鉄及び鋼の窒素定量方法、JIS Z 2613:2006に規定された金属材料の酸素定量方法も用いられる。具体的な分析装置としては、LECO社製酸素・窒素分析装置、TC-300/EF-300が挙げられる。
In addition, when specifying C (carbon) and S (sulfur), the oxygen flow combustion high-frequency induction heating furnace combustion-infrared absorption method specified in JIS G 1211: 2011 is also used. A specific example of an analytical device is the LECO carbon/sulfur analyzer, CS-200.
Furthermore, when specifying N (nitrogen) and O (oxygen), the nitrogen determination method for iron and steel specified in JIS G 1228: 2006 and the oxygen determination method for metallic materials specified in JIS Z 2613: 2006 are particularly used. Specific examples of the analyzer include the oxygen/nitrogen analyzer TC-300/EF-300 manufactured by LECO Corporation.
また、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼粉末を用いて製造された焼結体には、各種熱処理が施されることにより、マルテンサイト型の結晶構造を析出させることが可能である。マルテンサイト型の結晶構造は、焼結体に高い硬度を付与する。焼結体がマルテンサイト型の結晶構造を有しているか否かは、例えばX線回折法により判定することができる。 In addition, a sintered body manufactured using the precipitation hardening stainless steel powder according to the embodiment can be subjected to various heat treatments to precipitate a martensite crystal structure. The martensite crystal structure imparts high hardness to the sintered body. Whether or not the sintered body has a martensite crystal structure can be determined, for example, by X-ray diffraction.
析出硬化系ステンレス鋼粉末の平均粒径は、0.50μm以上50.00μm以下であるのが好ましく、1.00μm以上30.00μm以下であるのがより好ましく、2.00μm以上10.00μm以下であるのがさらに好ましい。このような粒径の析出硬化系ステンレス鋼粉末を用いることにより、焼結体中に残存する空孔が極めて少なくなるため、高密度で機械的特性に優れた焼結体を製造することができる。
なお、析出硬化系ステンレス鋼粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、成形し難い形状を成形する際に成形性が低下し、焼結密度が低下するおそれがある。一方、析出硬化系ステンレス鋼粉末の平均粒径が前記上限値を上回った場合、成形時に粒子間の隙間が大きくなるので、焼結密度が低下するおそれがある。
析出硬化系ステンレス鋼粉末の平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から50%になるときの粒径として求められる。
The average particle size of the precipitation hardening stainless steel powder is preferably 0.50 μm to 50.00 μm, more preferably 1.00 μm to 30.00 μm, and even more preferably 2.00 μm to 10.00 μm. By using a precipitation hardening stainless steel powder with such a particle size, the number of voids remaining in the sintered body is extremely reduced, making it possible to produce a sintered body that is high in density and has excellent mechanical properties.
If the average particle size of the precipitation hardening stainless steel powder is below the lower limit, the moldability may decrease when forming a shape that is difficult to form, and the sintered density may decrease. On the other hand, if the average particle size of the precipitation hardening stainless steel powder is above the upper limit, the gaps between the particles may become large during forming, and the sintered density may decrease.
The average particle size of the precipitation hardening stainless steel powder is determined as the particle size at which the cumulative amount from the small diameter side is 50% in a cumulative particle size distribution on a mass basis obtained by a laser diffraction method.
析出硬化系ステンレス鋼粉末の最大粒径は、平均粒径が前記範囲内であれば特に限定されないが、200μm以下であるのが好ましく、150μm以下であるのがより好ましい。析出硬化系ステンレス鋼粉末の最大粒径を前記範囲内に制御することにより、析出硬化系ステンレス鋼粉末の粒度分布をより狭くすることができ、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。
なお、上記の最大粒径とは、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から99.9%となるときの粒径のことをいう。
The maximum particle size of the precipitation hardening stainless steel powder is not particularly limited as long as the average particle size is within the above range, but is preferably 200 μm or less, and more preferably 150 μm or less. By controlling the maximum particle size of the precipitation hardening stainless steel powder within the above range, the particle size distribution of the precipitation hardening stainless steel powder can be narrowed further, and the sintered body can be made even denser.
The maximum particle size mentioned above refers to the particle size at which the cumulative amount from the small diameter side is 99.9% in the cumulative particle size distribution on a mass basis obtained by a laser diffraction method.
析出硬化系ステンレス鋼粉末の粒子の短径をS[μm]とし、長径をL[μm]としたとき、S/Lで定義されるアスペクト比の平均値は、0.4以上1以下程度であるのが好ましく、0.7以上1以下程度であるのがより好ましい。このようなアスペクト比の析出硬化系ステンレス鋼粉末は、その形状が比較的球形に近くなるので、成形された際の充填率が高められる。その結果、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。 When the minor axis of the particles of the precipitation hardening stainless steel powder is S [μm] and the major axis is L [μm], the average aspect ratio defined by S/L is preferably about 0.4 to 1, more preferably about 0.7 to 1. Precipitation hardening stainless steel powder with such an aspect ratio has a shape that is relatively close to a sphere, which increases the filling rate when molded. As a result, the sintered body can be made even denser.
なお、前記長径とは、粒子の投影像においてとりうる最大長さであり、前記短径とは、長径に直交する方向においてとりうる最大長さである。また、アスペクト比の平均値は、100個以上の粒子について測定されたアスペクト比の平均値である。 The long diameter is the maximum length that the particle can have in a projected image, and the short diameter is the maximum length that the particle can have in a direction perpendicular to the long diameter. The average aspect ratio is the average aspect ratio measured for 100 or more particles.
2.析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法
次に、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法について説明する。
図1は、実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法を示す工程図である。
図1に示す析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法は、焼結体製造用の組成物を調製する組成物調製工程S1と、組成物を成形する成形工程S2と、成形体に脱脂処理を施す脱脂工程S3と、脱脂体に焼成処理を施す焼成工程S4と、を有する。以下、各工程について順次説明する。
2. Method for Producing a Precipitation Hardening Stainless Steel Sintered Body Next, a method for producing a precipitation hardening stainless steel sintered body according to an embodiment will be described.
FIG. 1 is a process diagram showing a method for producing a precipitation hardening stainless steel sintered body according to an embodiment.
The method for producing a precipitation hardened stainless steel sintered body shown in Fig. 1 includes a composition preparation step S1 for preparing a composition for producing the sintered body, a molding step S2 for molding the composition, a degreasing step S3 for degreasing the molded body, and a firing step S4 for firing the degreased body. Each step will be described below in order.
2.1 組成物調製工程S1
まず、析出硬化系ステンレス鋼粉末と有機バインダーとを混練機により混練し、混練物、すなわち実施形態に係るコンパウンドを得る。かかる混練物は、前述した析出硬化系ステンレス鋼粉末と、有機バインダーと、を含む組成物である。このような混練物によれば、有機バインダーが使用されているものの、機械的強度が高い焼結体を製造可能である。
2.1 Composition preparation step S1
First, the precipitation hardening stainless steel powder and the organic binder are kneaded with a kneader to obtain a kneaded product, i.e., a compound according to the embodiment. The kneaded product is the above-mentioned precipitation hardening stainless steel powder, the organic binder, According to such a kneaded product, although an organic binder is used, it is possible to produce a sintered body having high mechanical strength.
析出硬化系ステンレス鋼粉末は、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。 Precipitation hardening stainless steel powder is produced by various powdering methods, such as atomization methods such as water atomization, gas atomization, and high-speed rotating water flow atomization, reduction methods, carbonyl methods, and pulverization methods.
このうち、析出硬化系ステンレス鋼粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましく、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであるのがより好ましい。アトマイズ法は、溶湯を、高速で噴射された液体または気体に衝突させることにより、微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する方法である。析出硬化系ステンレス鋼粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の粒子形状が表面張力の作用により球形状に近くなる。このため、成形した際に充填率の高いものが得られる。すなわち、高密度な焼結体を製造可能な粉末を得ることができる。 Of these, the precipitation hardening stainless steel powder is preferably produced by the atomization method, and more preferably by the water atomization method or the high-speed rotating water flow atomization method. The atomization method is a method of producing metal powder by colliding molten metal with a liquid or gas sprayed at high speed, pulverizing it and cooling it. By producing the precipitation hardening stainless steel powder by such an atomization method, extremely fine powder can be produced efficiently. In addition, the particle shape of the obtained powder becomes close to spherical due to the action of surface tension. Therefore, when molded, a product with a high filling rate can be obtained. In other words, a powder that can be used to produce a high-density sintered body can be obtained.
なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、溶湯に向けて噴射される水の圧力は、特に限定されないが、好ましくは75MPa以上120MPa以下程度とされ、より好ましくは、90MPa以上120MPa以下程度とされる。
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは1℃以上20℃以下程度とされる。
さらに、アトマイズ水は、溶湯の落下経路上に頂点を有し、外径が下方に向かって漸減するような円錐状に噴射される場合が多い。この場合、アトマイズ水が形成する円錐の頂角θは、10°以上40°以下程度であるのが好ましく、15°以上35°以下程度であるのがより好ましい。これにより、前述したような組成の析出硬化系ステンレス鋼粉末を、確実に製造することができる。
When the water atomization method is used as the atomization method, the pressure of the water sprayed toward the molten metal is not particularly limited, but is preferably about 75 MPa or more and 120 MPa or less, and more preferably about 90 MPa or more and 120 MPa or less.
The temperature of the atomized water is not particularly limited, but is preferably about 1° C. or higher and 20° C. or lower.
Furthermore, the atomized water is often sprayed in a cone shape having an apex on the falling path of the molten metal and an outer diameter that gradually decreases downward. In this case, the apex angle θ of the cone formed by the atomized water is preferably about 10° to 40°, and more preferably about 15° to 35°. This makes it possible to reliably produce the precipitation hardening stainless steel powder having the composition described above.
また、水アトマイズ法、特に高速回転水流アトマイズ法によれば、とりわけ速く溶湯を冷却することができる。このため、広い合金組成において高品質な粉末が得られる。
アトマイズ法において溶湯を冷却する際の冷却速度は、1×104℃/s以上であるのが好ましく、1×105℃/s以上であるのがより好ましい。このような急速な冷却により、均質な析出硬化系ステンレス鋼粉末が得られる。その結果、高品質な焼結体を得ることができる。
Furthermore, water atomization, particularly high-speed rotating water jet atomization, allows the molten metal to be cooled particularly quickly, which makes it possible to obtain high-quality powder over a wide range of alloy compositions.
In the atomization method, the cooling rate for cooling the molten metal is preferably 1×10 4 °C/s or more, and more preferably 1×10 5 °C/s or more. Such rapid cooling makes it possible to obtain a homogeneous precipitation hardening stainless steel powder. As a result, a high-quality sintered body can be obtained.
なお、このようにして得られた析出硬化系ステンレス鋼粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。 The precipitation hardening stainless steel powder thus obtained may be classified as necessary. Examples of classification methods include dry classification such as sieving classification, inertial classification, and centrifugal classification, and wet classification such as sedimentation classification.
有機バインダーとしては、脱脂処理または焼成処理において短時間で分解可能な樹脂が用いられる。かかる樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を混合して用いることができる。 As the organic binder, a resin that can be decomposed in a short time during degreasing or baking is used. Examples of such resins include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-vinyl acetate copolymers; acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate; styrene resins such as polystyrene; polyesters such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyamide, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate; polyethers, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, or copolymers thereof; various waxes, paraffin, higher fatty acids, higher alcohols, higher fatty acid esters, and higher fatty acid amides; and one or more of these can be used in combination.
有機バインダーの混合比率は、混練物全体の2質量%以上20質量%以下程度であるのが好ましく、5質量%以上15質量%以下程度であるのがより好ましい。有機バインダーの混合比率が前記範囲内であることにより、成形性よく成形体を形成することができるとともに、密度を高め、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、これにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。すなわち、高密度でかつ寸法精度の高い焼結体を得ることができる。 The mixing ratio of the organic binder is preferably about 2% by mass or more and 20% by mass or less of the entire kneaded product, and more preferably about 5% by mass or more and 15% by mass or less. By having the mixing ratio of the organic binder within the above range, a molded body can be formed with good moldability, and the density can be increased, making the shape stability of the molded body particularly excellent. This also makes it possible to optimize the difference in size between the molded body and the degreased body, the so-called shrinkage rate, and prevent a decrease in the dimensional accuracy of the finally obtained sintered body. In other words, a sintered body with high density and dimensional accuracy can be obtained.
また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
さらに、混練物中には、析出硬化系ステンレス鋼粉末、有機バインダー、可塑剤の他に、例えば、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物や、その他の金属粉末、セラミックス粉末等を必要に応じて添加することができる。
If necessary, a plasticizer may be added to the kneaded material. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters, adipic acid esters, trimellitic acid esters, and sebacic acid esters, and one or more of these may be mixed and used.
Furthermore, in addition to the precipitation hardening stainless steel powder, organic binder, and plasticizer, various additives such as lubricants, antioxidants, degreasing accelerators, surfactants, other metal powders, ceramic powders, etc. may be added to the kneaded product as necessary.
混練条件は、用いる析出硬化系ステンレス鋼粉末の合金組成や粒径、有機バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度:50℃以上200℃以下程度、混練時間:15分以上210分以下程度とすることができる。
また、混練物は、必要に応じ、ペレット化される。ペレットの粒径は、例えば、1mm以上15mm以下程度とされる。
The kneading conditions vary depending on various conditions such as the alloy composition and particle size of the precipitation hardening stainless steel powder used, the composition of the organic binder, and the amounts of these blended, but an example can be a kneading temperature of about 50° C. or higher and 200° C. or lower, and a kneading time of about 15 minutes or higher and 210 minutes or lower.
The kneaded product is pelletized as necessary. The particle size of the pellets is, for example, about 1 mm or more and 15 mm or less.
なお、後述する成形方法によっては、混練物に代えて、実施形態に係る造粒粉末を用いるようにしてもよい。これらの混練物および造粒粉末等が、後述する成形工程に供される組成物の一例である。 Depending on the molding method described below, the granulated powder according to the embodiment may be used instead of the kneaded material. These kneaded materials and granulated powders are examples of compositions that are subjected to the molding process described below.
かかる造粒粉末は、析出硬化系ステンレス鋼粉末に造粒処理を施すことにより、複数個の金属粒子同士を有機バインダーで結着してなるものである。すなわち、造粒粉末は、前述した析出硬化系ステンレス鋼粉末と、有機バインダーと、を含む組成物である。このような造粒粉末によれば、有機バインダーが使用されているものの、機械的強度が高い焼結体を製造可能である。 Such granulated powder is produced by subjecting precipitation hardened stainless steel powder to a granulation process, resulting in multiple metal particles being bound together by an organic binder. In other words, the granulated powder is a composition containing the above-mentioned precipitation hardened stainless steel powder and an organic binder. With such granulated powder, it is possible to produce a sintered body with high mechanical strength, even though an organic binder is used.
造粒粉末の製造に用いられる有機バインダーとしては、例えば前述した有機バインダーが挙げられる。 Organic binders used in the production of granulated powder include, for example, the organic binders mentioned above.
有機バインダーの混合比率は、造粒粉末全体の0.2質量%以上10質量%以下程度であるのが好ましく、0.3質量%以上5.0質量%以下程度であるのがより好ましい。有機バインダーの混合比率が前記範囲内であることにより、著しく大きな粒子が造粒されたり、造粒されていない金属粒子が大量に残存してしまったりするのを抑制しつつ、造粒粉末を効率よく形成することができる。また、成形性が向上するため、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、有機バインダーの混合比率を前記範囲内としたことにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。 The mixing ratio of the organic binder is preferably about 0.2% by mass or more and 10% by mass or less of the total granulated powder, and more preferably about 0.3% by mass or more and 5.0% by mass or less. By having the mixing ratio of the organic binder within the above range, the granulated powder can be efficiently formed while suppressing the granulation of extremely large particles and the remaining of a large amount of ungranulated metal particles. In addition, since the moldability is improved, the shape stability of the molded body can be particularly excellent. In addition, by setting the mixing ratio of the organic binder within the above range, the difference in size between the molded body and the degreased body, that is, the shrinkage rate, can be optimized, and the dimensional accuracy of the finally obtained sintered body can be prevented from decreasing.
さらに、造粒粉末中には、析出硬化系ステンレス鋼粉末、有機バインダー、可塑剤の他に、例えば、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物や、その他の金属粉末、セラミックス粉末等が添加されていてもよい。 In addition to the precipitation hardening stainless steel powder, organic binder, and plasticizer, the granulated powder may also contain various additives such as lubricants, antioxidants, degreasing agents, and surfactants, as well as other metal powders and ceramic powders.
造粒処理としては、例えば、スプレードライ法、転動造粒法、流動層造粒法、転動流動造粒法等が挙げられる。
造粒処理では、必要に応じて、バインダーを溶解する溶媒が用いられる。かかる溶媒としては、例えば、水、四塩化炭素のような無機溶媒や、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、セロソルブ系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、芳香族複素環化合物系溶媒、アミド系溶媒、ハロゲン化合物系溶媒、エステル系溶媒、アミン系溶媒、ニトリル系溶媒、ニトロ系溶媒、アルデヒド系溶媒のような有機溶媒等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上の混合物が用いられる。
Examples of the granulation process include spray drying, tumbling granulation, fluidized bed granulation, and tumbling fluidized bed granulation.
In the granulation process, a solvent that dissolves the binder is used as necessary. Examples of such solvents include inorganic solvents such as water and carbon tetrachloride, and organic solvents such as ketone solvents, alcohol solvents, ether solvents, cellosolve solvents, aliphatic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, aromatic heterocyclic compound solvents, amide solvents, halogenated compound solvents, ester solvents, amine solvents, nitrile solvents, nitro solvents, and aldehyde solvents, and one or a mixture of two or more selected from these solvents is used.
造粒粉末の平均粒径は、特に限定されないが、10μm以上200μm以下程度であるのが好ましく、20μm以上100μm以下程度であるのがより好ましく、25μm以上60μm以下程度であるのがより好ましい。このような粒径の造粒粉末は、良好な流動性を有し、成形型の形状をより忠実に反映させ得るものとなる。
なお、平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から50%になるときの粒径として求められる。
The average particle size of the granulated powder is not particularly limited, but is preferably about 10 μm to 200 μm, more preferably about 20 μm to 100 μm, and even more preferably about 25 μm to 60 μm. Granulated powder with such a particle size has good flowability and can more faithfully reflect the shape of the mold.
The average particle size is determined as the particle size at which the cumulative amount from the small diameter side becomes 50% in a cumulative particle size distribution on a mass basis obtained by a laser diffraction method.
2.2 成形工程S2
次に、混練物または造粒粉末を成形して、目的の焼結体と同形状の成形体を製造する。
成形方法としては、例えば、圧粉成形法、金属粉末射出成形法、押出成形法等が挙げられる。
2.2 Molding process S2
Next, the kneaded mixture or granulated powder is molded to produce a molded body having the same shape as the desired sintered body.
Examples of the molding method include powder compaction, metal powder injection molding, and extrusion molding.
このうち、圧粉成形法の場合の成形条件は、用いる析出硬化系ステンレス鋼粉末の組成や粒径、有機バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件によって異なるが、成形圧力が200MPa以上1000MPa以下程度であるのが好ましい。 Of these, the molding conditions for the powder compaction method vary depending on various conditions such as the composition and particle size of the precipitation hardening stainless steel powder used, the composition of the organic binder, and the amounts of these mixed, but it is preferable for the molding pressure to be approximately 200 MPa or more and 1000 MPa or less.
また、金属粉末射出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が80℃以上210℃以下程度、射出圧力が50MPa以上500MPa以下程度であるのが好ましい。 In addition, the molding conditions for metal powder injection molding vary depending on various conditions, but it is preferable that the material temperature is approximately 80°C or higher and 210°C or lower, and the injection pressure is approximately 50 MPa or higher and 500 MPa or lower.
また、押出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が80℃以上210℃以下程度、押出圧力が50MPa以上500MPa以下程度であるのが好ましい。
なお、作製される成形体の形状寸法は、後述する脱脂工程および焼成工程における成形体の収縮分を見込んで決定される。
In the case of extrusion molding, the molding conditions vary depending on various conditions, but it is preferable that the material temperature is about 80° C. or more and 210° C. or less, and the extrusion pressure is about 50 MPa or more and 500 MPa or less.
The shape and dimensions of the green body to be produced are determined taking into account the shrinkage of the green body during the debinding and firing steps described below.
2.3 脱脂工程S3
次に、得られた成形体に脱脂処理を施し、脱脂体を得る。具体的には、有機バインダーを分解、除去することにより、脱脂処理がなされる。
この脱脂処理としては、例えば、成形体を加熱する方法、有機バインダーを分解するガスに成形体を曝す方法等が挙げられる。
2.3 Degreasing step S3
Next, the obtained green body is subjected to a degreasing treatment to obtain a degreased body. Specifically, the degreasing treatment is performed by decomposing and removing the organic binder.
Examples of the degreasing treatment include a method of heating the molded body and a method of exposing the molded body to a gas that decomposes the organic binder.
成形体を加熱する方法を用いる場合、成形体の加熱条件は、有機バインダーの組成や配合量によって若干異なるものの、温度100℃以上750℃以下×0.1時間以上20時間以下程度であるのが好ましく、150℃以上600℃以下×0.5時間以上15時間以下程度であるのがより好ましい。これにより、成形体を焼結させることなく、成形体の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。その結果、脱脂体の内部に有機バインダー成分が多量に残留してしまうのを防止することができる。 When using the method of heating the molded body, the heating conditions for the molded body vary slightly depending on the composition and amount of the organic binder, but are preferably at a temperature of 100°C to 750°C x 0.1 to 20 hours, and more preferably at a temperature of 150°C to 600°C x 0.5 to 15 hours. This allows the molded body to be degreased as necessary and sufficiently without sintering it. As a result, it is possible to prevent a large amount of organic binder components from remaining inside the degreased body.
また、成形体を加熱する際の雰囲気は、特に限定されず、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、大気のような酸化性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。 The atmosphere in which the molded body is heated is not particularly limited, and examples include a reducing gas atmosphere such as hydrogen, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, an oxidizing gas atmosphere such as air, or a reduced pressure atmosphere obtained by reducing the pressure of these atmospheres.
一方、有機バインダーを分解するガスに成形体を曝す方法としては、例えば酸脱脂法が用いられる。酸脱脂法は、酸含有雰囲気下で成形体を加熱することにより、酸の触媒作用を利用して脱脂する方法である。酸脱脂法によれば、有機バインダーを低温でも短時間で分解することができるので、体積の大きな成形体であっても、効率よく脱脂処理を施すことができる。 On the other hand, an example of a method for exposing a molded body to a gas that decomposes the organic binder is the acid degreasing method. The acid degreasing method is a method for degreasing a molded body by heating the body in an acid-containing atmosphere, utilizing the catalytic action of the acid. With the acid degreasing method, the organic binder can be decomposed in a short time even at low temperatures, so even large molded bodies can be efficiently degreased.
酸含有雰囲気とは、有機バインダーを分解可能な酸を含む雰囲気のことをいう。かかる酸としては、例えば、硝酸、シュウ酸、オゾン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの酸と他のガスとを混合した混合ガスを用いるようにしてもよい。混合ガスの一例としては、発煙硝酸が挙げられる。なお、雰囲気圧力は、大気圧であっても、減圧下であっても、加圧下であってもよい。 An acid-containing atmosphere refers to an atmosphere that contains an acid capable of decomposing an organic binder. Examples of such acids include nitric acid, oxalic acid, ozone, etc., and one or more of these can be used in combination. A mixed gas in which these acids are mixed with other gases may also be used. An example of a mixed gas is fuming nitric acid. The atmospheric pressure may be atmospheric pressure, reduced pressure, or pressurized.
成形体の加熱条件は、有機バインダーの組成や配合量、酸含有雰囲気の種類によって若干異なるものの、温度100℃以上750℃以下×0.1時間以上20時間以下程度であるのが好ましく、150℃以上600℃以下×0.5時間以上15時間以下程度であるのがより好ましい。これにより、比較的低温でも短時間で、成形体の脱脂を行うことができる。また、成形体が焼結してしまったり、酸化してしまったりするのを抑制することができる。 The heating conditions for the molded body vary slightly depending on the composition and amount of the organic binder and the type of acid-containing atmosphere, but are preferably at a temperature of 100°C to 750°C for 0.1 to 20 hours, and more preferably at a temperature of 150°C to 600°C for 0.5 to 15 hours. This allows the molded body to be degreased in a short time even at a relatively low temperature. It also prevents the molded body from sintering or oxidizing.
なお、このような脱脂工程は、脱脂条件の異なる複数の過程に分けて行うことにより、成形体中のバインダーをより速やかに、そして、成形体に残存させないように分解・除去するようにしてもよい。
また、必要に応じて、脱脂体に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高い焼結体を容易に得ることができる。
Incidentally, such a debinding step may be carried out in a plurality of separate steps each having different debinding conditions, so that the binder in the green body can be decomposed and removed more quickly and without remaining in the green body.
If necessary, the degreased body may be subjected to machining such as cutting, grinding, and cutting. Since the degreased body has a relatively low hardness and is relatively plastic, it can be easily machined while preventing the shape of the degreased body from being distorted. By such machining, a sintered body with high dimensional accuracy can be easily obtained.
2.4 焼成工程S4
次に、得られた脱脂体に焼成処理を施す。焼成処理により、析出硬化系ステンレス鋼粉末の粒子同士の界面では、表面拡散が生じ、焼結に至る。その結果、焼結体が得られる。
2.4 Firing step S4
Next, the obtained degreased body is subjected to a sintering treatment. The sintering treatment causes surface diffusion at the interfaces between the particles of the precipitation hardened stainless steel powder, leading to sintering. As a result, a sintered body is obtained.
焼成温度は、成形体および脱脂体の製造に用いた析出硬化系ステンレス鋼粉末の組成や粒径等によって異なるが、一例として980℃以上1330℃以下程度とされる。また、好ましくは1050℃以上1260℃以下程度とされる。
また、焼成時間は、0.2時間以上7時間以下とされるが、好ましくは1時間以上6時間以下程度とされる。
The firing temperature varies depending on the composition and particle size of the precipitation hardening stainless steel powder used to manufacture the compact and the degreased body, but is, for example, about 980° C. to 1330° C., and preferably about 1050° C. to 1260° C.
The firing time is set to 0.2 hours or more and 7 hours or less, and preferably 1 hour or more and 6 hours or less.
なお、焼成工程においては、途中で焼成温度や後述する焼成雰囲気を変化させるようにしてもよい。
焼成条件をこのような範囲に設定することにより、焼結が進み過ぎて過焼結となり結晶組織が肥大化するのを防止しつつ、脱脂体全体を十分に焼結させることができる。その結果、高密度であり、かつ特に機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。
In the firing step, the firing temperature or the firing atmosphere, which will be described later, may be changed midway.
By setting the sintering conditions within these ranges, it is possible to sinter the entire degreased body sufficiently while preventing oversintering, which would otherwise cause the crystal structure to become enlarged, and as a result, it is possible to obtain a sintered body that is high in density and has excellent mechanical properties.
また、このようにして製造された焼結体に対し、必要に応じて追加処理を施すようにしてもよい。追加処理としては、例えば、固溶化処理、時効硬化処理、二重時効処理、サブゼロ処理、焼き戻し処理、熱間加工処理、冷間加工処理等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が組み合わされて用いられる。 The sintered body thus produced may be subjected to additional treatments as necessary. Examples of additional treatments include solution treatment, age hardening, double aging, sub-zero treatment, tempering, hot working, and cold working, and one or more of these may be used in combination.
なお、上述した追加処理の具体例としては、1000℃以上1250℃以下の温度から30分以上120分以下の時間で冷却する固溶化処理を施した後、600℃以上800℃以下の温度から6時間以上48時間以下の時間で冷却する時効硬化処理を施す処理が挙げられる。 Specific examples of the above-mentioned additional treatments include a solution treatment in which the material is cooled from a temperature of 1000°C to 1250°C for a period of 30 to 120 minutes, followed by an age hardening treatment in which the material is cooled from a temperature of 600°C to 800°C for a period of 6 to 48 hours.
3.析出硬化系ステンレス鋼焼結体
以上のように、本実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼焼結体は、Cr、Si、Nb、Ni、MnおよびCuを含む析出硬化系ステンレス鋼で構成された焼結体である。そして、かかる焼結体では、Crが15.00質量%以上17.50質量%以下の範囲内の濃度Aで含まれ、Siが0.30質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Bで含まれ、Nbが0.15質量%以上0.45質量%以下の範囲内の濃度Cで含まれ、Niが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Dで含まれ、Mnが0.05質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Eで含まれ、Cuが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Fで含まれている。また、かかる焼結体では、下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上14.0質量%以下である。
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8 ・・・ (1)
このような析出硬化系ステンレス鋼焼結体によれば、炭素原子濃度の上昇が抑制されるため、析出硬化系ステンレス鋼に由来した、機械的強度が高い焼結体が得られる。特に、焼結体が小さい場合や形状が複雑な場合等でも、有機バインダーに由来する炭素原子の残留が抑制され、高品質な焼結体が得られる。
3. Precipitation hardening stainless steel sintered body As described above, the precipitation hardening stainless steel sintered body according to this embodiment is a sintered body made of precipitation hardening stainless steel containing Cr, Si, Nb, Ni, Mn and Cu. In this sintered body, Cr is contained at a concentration A in the range of 15.00 mass% to 17.50 mass%, Si is contained at a concentration B in the range of 0.30 mass% to 1.00 mass%, Nb is contained at a concentration C in the range of 0.15 mass% to 0.45 mass%, Ni is contained at a concentration D in the range of 3.00 mass% to 5.00 mass%, Mn is contained at a concentration E in the range of 0.05 mass% to 1.00 mass%, and Cu is contained at a concentration F in the range of 3.00 mass% to 5.00 mass%. In addition, in this sintered body, the value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass% to 14.0 mass%.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8... (1)
According to such a precipitation hardening stainless steel sintered body, an increase in the carbon atom concentration is suppressed, and therefore a sintered body having high mechanical strength derived from the precipitation hardening stainless steel can be obtained. In particular, even when the sintered body is small or has a complex shape, the residual carbon atoms derived from the organic binder are suppressed, and a high-quality sintered body can be obtained.
析出硬化系ステンレス鋼焼結体は、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品、タブレット端末用部品、ウェアラブル端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、工作機械、半導体製造装置のような機械用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラント用部品、時計用部品、金属食器、宝飾品、眼鏡フレームのような装飾品の全体または一部を構成する材料として用いることができる。 Precipitation hardening stainless steel sintered bodies can be used as materials for constituting all or part of, for example, automobile parts, bicycle parts, railroad vehicle parts, ship parts, aircraft parts, and space transport vehicle parts; electronic device parts, such as personal computer parts, mobile phone terminal parts, tablet terminal parts, and wearable terminal parts; electrical device parts, such as refrigerators, washing machines, and air conditioners; machine parts, such as machine tools and semiconductor manufacturing equipment; plant parts, such as nuclear power plants, thermal power plants, hydroelectric power plants, refineries, and chemical complexes; watch parts, and decorative items, such as metal tableware, jewelry, and eyeglass frames.
また、前述したように、本実施形態に係る析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法は、析出硬化系ステンレス鋼粉末を含むコンパウンドまたは造粒粉末を成形し、成形体を得る成形工程と、成形体を焼成し、焼結体を得る焼成工程と、を有する。このような製造方法においては、焼結体における炭素原子濃度は、析出硬化系ステンレス鋼粉末における炭素原子濃度より小さいことが好ましい。これは、前述した炭素原子と酸素原子との反応により、焼結体における炭素原子濃度が低下したことに由来する。このようにして焼結体における炭素原子濃度を低下させることにより、炭素原子濃度が高い析出硬化系ステンレス鋼粉末を使用した場合であっても、焼結体における炭素原子濃度を前述した範囲内に収めることができる。これにより、機械的強度が高い焼結体を効率よく製造することができる。 As described above, the method for producing a precipitation hardening stainless steel sintered body according to this embodiment includes a molding step of molding a compound or granulated powder containing precipitation hardening stainless steel powder to obtain a molded body, and a sintering step of sintering the molded body to obtain a sintered body. In such a manufacturing method, the carbon atom concentration in the sintered body is preferably smaller than the carbon atom concentration in the precipitation hardening stainless steel powder. This is because the carbon atom concentration in the sintered body is reduced by the reaction between carbon atoms and oxygen atoms as described above. By reducing the carbon atom concentration in the sintered body in this way, the carbon atom concentration in the sintered body can be kept within the above-mentioned range even when a precipitation hardening stainless steel powder with a high carbon atom concentration is used. This makes it possible to efficiently produce a sintered body with high mechanical strength.
なお、析出硬化系ステンレス鋼粉末における炭素原子濃度を第1濃度c1とし、焼結体における炭素原子濃度を第2濃度c2としたとき、(c1-c2)/c1は、70質量%以下であるのが好ましく、50質量%以下であるのがより好ましい。これにより、第1濃度c1を確実に低下させることができるため、第2濃度c2を前述した範囲内に収められる確率が高くなる。その結果、析出硬化系ステンレス鋼に由来した、機械的強度、硬度および耐食性が高い焼結体をより確実に製造することができる。 When the carbon atom concentration in the precipitation hardened stainless steel powder is the first concentration c1 and the carbon atom concentration in the sintered body is the second concentration c2, (c1-c2)/c1 is preferably 70 mass% or less, and more preferably 50 mass% or less. This ensures that the first concentration c1 can be reduced, increasing the probability that the second concentration c2 can be kept within the aforementioned range. As a result, it is possible to more reliably manufacture a sintered body that has high mechanical strength, hardness, and corrosion resistance derived from precipitation hardened stainless steel.
以上、本発明の析出硬化系ステンレス鋼粉末、コンパウンド、造粒粉末、析出硬化系ステンレス鋼焼結体およびその製造方法について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、コンパウンドおよび造粒粉末には、任意の添加物が添加されていてもよい。
本発明の析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加されたものであってもよい。
The precipitation hardening stainless steel powder, compound, granulated powder, precipitation hardening stainless steel sintered body, and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above based on preferred embodiments, but the present invention is not limited to these. For example, any additive may be added to the compound and granulated powder.
The method for producing a precipitation hardened stainless steel sintered body of the present invention may be obtained by adding any step for any purpose to the above-described embodiment.
次に、本発明の実施例について説明する。
4.焼結体の製造
(サンプルNo.1)
[1]まず、水アトマイズ法により製造された表1に示す組成の析出硬化系ステンレス鋼粉末を用意した。
また、表1に示す金属粉末の組成の同定、定量は、誘導結合高周波プラズマ発光分析法、および、株式会社リガク製ICP装置CIROS120型を用いた。また、Cの同定、定量には、LECO社製炭素・硫黄分析装置CS-200を用いた。さらに、Oの同定、定量には、LECO社製酸素・窒素分析装置TC-300/EF-300を用いた。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
4. Production of sintered body (Sample No. 1)
[1] First, a precipitation hardening stainless steel powder having the composition shown in Table 1 was prepared by water atomization.
The compositions of the metal powders shown in Table 1 were identified and quantified using inductively coupled plasma emission spectrometry and a Rigaku Corporation ICP apparatus CIROS120. C was identified and quantified using a LECO Corporation carbon/sulfur analyzer CS-200. O was identified and quantified using a LECO Corporation oxygen/nitrogen analyzer TC-300/EF-300.
[2]次に、金属粉末および有機バインダーを質量比で89:11となるように秤量して混合し、混合原料を得た。なお、有機バインダーには、ブタンジオール2.5質量%を含有するポリアセタール樹脂と、ポリエチレンと、を質量比で50:6になるように混合した樹脂を使用した。
[3]次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。
[4]次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、射出成形機にて成形し、成形体を作製した。
<成形条件>
・材料温度:180℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm2)
[2] Next, the metal powder and the organic binder were weighed and mixed in a mass ratio of 89:11 to obtain a mixed raw material. Note that, for the organic binder, a resin obtained by mixing a polyacetal resin containing 2.5 mass% butanediol and polyethylene in a mass ratio of 50:6 was used.
[3] Next, the mixed raw materials were kneaded in a kneader to obtain a compound.
[4] Next, this compound was molded in an injection molding machine under the molding conditions shown below to produce a molded body.
<Molding conditions>
・Material temperature: 180℃
Injection pressure: 11 MPa (110 kgf/ cm2 )
[5]次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で脱脂処理を施し、脱脂体を得た。
<脱脂条件>
・脱脂温度 :400℃
・脱脂時間 :1時間(脱脂温度での保持時間)
・脱脂雰囲気:窒素と硝酸との混合ガス雰囲気、硝酸の濃度は2体積%
[5] Next, the obtained molded body was subjected to a degreasing treatment under the degreasing conditions shown below to obtain a degreasing body.
<Degreasing conditions>
・Degreasing temperature: 400℃
Degreasing time: 1 hour (retention time at degreasing temperature)
Degreasing atmosphere: A mixed gas atmosphere of nitrogen and nitric acid, with the concentration of nitric acid being 2% by volume
[6]次に、得られた脱脂体に対して、以下に示す焼成条件で焼成処理を施し、焼結体を得た。なお、焼結体の形状は、直径10mm、厚さ5mmの円柱形状とした。
<焼成条件>
・焼成温度 :1300℃
・焼成時間 :3時間(焼成温度での保持時間)
・焼成雰囲気:アルゴン雰囲気
[6] Next, the obtained degreased body was subjected to a sintering treatment under the sintering conditions shown below to obtain a sintered body. The shape of the sintered body was a cylinder with a diameter of 10 mm and a thickness of 5 mm.
<Firing conditions>
Firing temperature: 1300°C
Firing time: 3 hours (retention time at firing temperature)
Firing atmosphere: Argon atmosphere
[7]次に、得られた焼結体に対し、以下に示す条件で固溶化処理および時効硬化処理を順次施した。
<固溶化処理条件>
・加熱温度 :1120℃
・加熱時間 :30分
・冷却方法 :水冷
<時効硬化処理条件>
・加熱温度 :700℃
・加熱時間 :24時間
・冷却方法 :水冷
[7] Next, the obtained sintered body was subjected to a solution treatment and an age hardening treatment in this order under the conditions shown below.
<Solution treatment conditions>
・Heating temperature: 1120℃
Heating time: 30 minutes Cooling method: Water cooling <Age hardening treatment conditions>
・Heating temperature: 700℃
・Heating time: 24 hours ・Cooling method: Water cooling
(サンプルNo.2~13)
析出硬化系ステンレス鋼粉末の組成等を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.1の場合と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルNo.5の粉末の製造には、ガスアトマイズ法を使用した。
また、表1では、各サンプルNo.の析出硬化系ステンレス鋼粉末および焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
なお、各焼結体には微量の不純物が含まれていたが、表1への記載は省略した。
(Sample No. 2 to 13)
Except for changing the composition of the precipitation hardening stainless steel powder as shown in Table 1, sintered bodies were obtained in the same manner as in the case of sample No. 1. The powder of sample No. 5 was produced by gas atomization.
In Table 1, among the precipitation hardening stainless steel powders and sintered bodies of each sample number, those that correspond to the present invention are designated as "Examples", and those that do not correspond to the present invention are designated as "Comparative Examples".
Although each sintered body contained a small amount of impurities, the contents of these impurities are omitted in Table 1.
5.析出硬化系ステンレス鋼粉末および析出硬化系ステンレス鋼焼結体の評価
5.1 粉末の平均粒径の測定
表1に示す各サンプルNo.の粉末について、平均粒径を測定した。測定結果を表1に示す。
5. Evaluation of Precipitation Hardening Stainless Steel Powder and Precipitation Hardening Stainless Steel Sintered Body 5.1 Measurement of Average Powder Particle Size The average particle size was measured for the powder of each sample number shown in Table 1. The measurement results are shown in Table 1.
5.2 粉末のタップ密度の測定
表1に示す各サンプルNo.の粉末について、タップ密度を測定した。タップ密度の測定には、ホソカワミクロン株式会社製、粉体特性評価装置、パウダテスタ(登録商標)PT-Xを用いた。なお、タップ回数は125回とした。測定結果を表1に示す。また、サンプルNo.5の粉末は、粒径が大きいため、タップ密度の測定を省略した。
5.2 Measurement of tap density of powder The tap density was measured for each sample No. shown in Table 1. A powder property evaluation device, Powder Tester (registered trademark) PT-X, manufactured by Hosokawa Micron Corporation, was used to measure the tap density. The number of taps was 125. The measurement results are shown in Table 1. In addition, since the powder of sample No. 5 has a large particle size, the tap density measurement was omitted.
5.3 粉末の比表面積の測定
表1に示す各サンプルNo.の粉末について、比表面積を測定した。比表面積の測定には、BET法を用い、株式会社マウンテック社製のBET式比表面積測定装置HM1201-010を用いた。なお、検体の量は5gとした。測定結果を表1に示す。また、サンプルNo.5の粉末は、粒径が大きいため、比表面積の測定を省略した。
5.3 Measurement of Specific Surface Area of Powder The specific surface area of each powder sample No. shown in Table 1 was measured. The specific surface area was measured using the BET method, and a BET specific surface area measuring device HM1201-010 manufactured by Mountec Co., Ltd. was used. The amount of the sample was 5 g. The measurement results are shown in Table 1. In addition, since the powder sample No. 5 has a large particle size, the measurement of the specific surface area was omitted.
5.4 焼結体の炭素原子濃度の測定
表1に示す各サンプルNo.の焼結体について、炭素原子濃度を測定した。測定結果を表1に示す。
5.4 Measurement of Carbon Atom Concentration in Sintered Body The carbon atom concentration was measured for the sintered body of each sample No. shown in Table 1. The measurement results are shown in Table 1.
5.5 焼結体の機械的強度の評価
表1に示す各サンプルNo.の焼結体から、ISO 2740:2009に規定する試験片を切り出した。そして、JIS Z 2241:2011に規定の試験方法により、試験片の引張強度を測定した。
次いで、サンプルNo.10の焼結体について測定された引張強度を1とし、各実施例および各比較例の焼結体について測定された引張強度の相対値を算出した。
次いで、算出した相対値を以下の評価基準に照らして評価した。
5.5 Evaluation of mechanical strength of sintered body Test pieces as specified in ISO 2740:2009 were cut out from the sintered body of each sample No. shown in Table 1. The tensile strength of the test pieces was measured by the test method as specified in JIS Z 2241:2011.
Next, the tensile strength measured for the sintered body of Sample No. 10 was set to 1, and the relative values of the tensile strength measured for the sintered bodies of each Example and Comparative Example were calculated.
The calculated relative values were then evaluated according to the following evaluation criteria.
<引張強度の評価基準>
A:引張強度が非常に大きい(相対値が1.1超)
B:引張強度が大きい(相対値が1超1.1以下)
C:引張強度が小さい(相対値が0.9超1以下)
D:引張強度が非常に小さい(相対値が0.9以下)
評価結果を表1に示す。
<Evaluation criteria for tensile strength>
A: The tensile strength is very high (relative value is greater than 1.1)
B: High tensile strength (relative value is greater than 1 and less than 1.1)
C: Low tensile strength (relative value greater than 0.9 and less than 1)
D: The tensile strength is very small (relative value is 0.9 or less)
The evaluation results are shown in Table 1.
5.6 焼結体の硬度の評価
表1に示す各サンプルNo.の焼結体について、ビッカース硬度を測定した。
次いで、サンプルNo.10の焼結体について測定されたビッカース硬度を1とし、各実施例および各比較例の焼結体について測定されたビッカース硬度の相対値を算出した。
次いで、算出した相対値を以下の評価基準に照らして評価した。
5.6 Evaluation of Hardness of Sintered Body The Vickers hardness of each sintered body of sample No. shown in Table 1 was measured.
Next, the Vickers hardness measured for the sintered body of Sample No. 10 was set to 1, and the relative values of the Vickers hardness measured for the sintered bodies of each of the Examples and Comparative Examples were calculated.
The calculated relative values were then evaluated according to the following evaluation criteria.
<硬度の評価基準>
A:硬度が非常に大きい(相対値が1.1超)
B:硬度が大きい(相対値が1超1.1以下)
C:硬度が小さい(相対値が0.9超1以下)
D:硬度が非常に小さい(相対値が0.9以下)
評価結果を表1に示す。
<Hardness evaluation criteria>
A: Very high hardness (relative value exceeds 1.1)
B: High hardness (relative value is greater than 1 and less than 1.1)
C: Low hardness (relative value is greater than 0.9 and less than 1)
D: Very low hardness (relative value 0.9 or less)
The evaluation results are shown in Table 1.
5.7 焼結体の相対密度の評価
表1に示す各サンプルNo.の焼結体について、アルキメデス法に準じた方法により密度を測定した。そして、測定された密度と、軟磁性粉末の真密度から、焼結体の相対密度を算出した。
次に、算出した相対密度を以下の評価基準に照らして評価した。
5.7 Evaluation of relative density of sintered body The density of each sintered body of sample No. shown in Table 1 was measured by a method based on Archimedes' method. The relative density of the sintered body was calculated from the measured density and the true density of the soft magnetic powder.
Next, the calculated relative density was evaluated based on the following evaluation criteria.
<相対密度の評価基準>
A:相対密度が98.0%以上である
B:相対密度が98.0%未満である
評価結果を表1に示す。
<Relative density evaluation criteria>
A: The relative density was 98.0% or more. B: The relative density was less than 98.0%. The evaluation results are shown in Table 1.
5.8 焼結体の耐食性の評価
表1に示す各サンプルNo.の焼結体について、JIS G 0591:2012に規定されたステンレス鋼の硫酸腐食試験方法に準じて、腐食度を測定した。なお、硫酸としては、沸騰させた5質量%硫酸を使用した。
次いで、各サンプルNo.の焼結体について測定された腐食度について、サンプルNo.10の焼結体について測定された腐食度(単位:g/m2/h)を1としたときの相対値を算出した。そして、算出した相対値を、以下の評価基準に照らして評価した。
5.8 Evaluation of Corrosion Resistance of Sintered Body The corrosion degree of each sintered body of sample No. shown in Table 1 was measured in accordance with the sulfuric acid corrosion test method for stainless steel specified in JIS G 0591: 2012. Note that boiled 5 mass% sulfuric acid was used as the sulfuric acid.
Next, the corrosion degree measured for the sintered body of each sample No. was calculated as a relative value when the corrosion degree (unit: g/ m2 /h) measured for the sintered body of sample No. 10 was set as 1. The calculated relative values were then evaluated in accordance with the following evaluation criteria.
<耐食性の評価基準>
A:焼結体の腐食度の相対値が0.75未満である
B:焼結体の腐食度の相対値が0.75以上1.00未満である
C:焼結体の腐食度の相対値が1.00以上1.25未満である
D:焼結体の腐食度の相対値が1.25以上である
以上の評価結果を表1に示す。
<Corrosion resistance evaluation criteria>
A: The relative value of the corrosion degree of the sintered body is less than 0.75. B: The relative value of the corrosion degree of the sintered body is 0.75 or more and less than 1.00. C: The relative value of the corrosion degree of the sintered body is 1.00 or more and less than 1.25. D: The relative value of the corrosion degree of the sintered body is 1.25 or more. The above evaluation results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、実施例の焼結体は、機械的強度、硬度および耐食性が良好であった。
また、各実施例では、焼結体における炭素原子濃度が、粉末における炭素原子濃度よりも低下していた。このことから、各実施例では、焼結処理の際に、炭素原子の反応物が効率よく除去されており、その結果として、機械的特性の向上および耐食性の向上が図られているものと考えられる。
なお、上記では、析出硬化系ステンレス鋼粉末を含むコンパウンドを用い、射出成形法によって製造された成形体を用いて焼結体を得ている。一方、析出硬化系ステンレス鋼粉末を含む造粒粉末を用い、加圧成形法によって製造された成形体を用いた焼結体についても、上記と同様の評価を行った。その結果、コンパウンドを用いた場合と同様の傾向が認められた。
As is apparent from Table 1, the sintered bodies of the examples had good mechanical strength, hardness and corrosion resistance.
In addition, in each example, the carbon atom concentration in the sintered body was lower than that in the powder, which suggests that in each example, the reaction products of carbon atoms were efficiently removed during the sintering process, resulting in improved mechanical properties and improved corrosion resistance.
In the above, a sintered body was obtained by using a molded body produced by injection molding using a compound containing precipitation hardening stainless steel powder. On the other hand, a sintered body was also obtained by using a molded body produced by pressure molding using a granulated powder containing precipitation hardening stainless steel powder. As a result, the same tendency as when a compound was used was observed.
S1…組成物調製工程、S2…成形工程、S3…脱脂工程、S4…焼成工程 S1...composition preparation process, S2...molding process, S3...degreasing process, S4...baking process
Claims (8)
Siが0.30質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Bで含まれ、
Nbが0.15質量%以上0.45質量%以下の範囲内の濃度Cで含まれ、
Niが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Dで含まれ、
Mnが0.05質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Eで含まれ、
Cuが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Fで含まれ、
下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上13.5質量%以下であること
を特徴とする析出硬化系ステンレス鋼粉末。
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
・・(1) Cr is contained at a concentration A in the range of 15.00 mass% or more and 17.50 mass% or less,
Si is contained at a concentration B in the range of 0.30 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Nb is contained at a concentration C in the range of 0.15 mass% or more and 0.45 mass% or less,
Ni is contained at a concentration D in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
Mn is contained at a concentration E in the range of 0.05 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Cu is contained at a concentration F in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
A precipitation hardening stainless steel powder characterized in that the value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass % or more and 13.5 mass % or less.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
...(1)
の析出硬化系ステンレス鋼粉末。 2. The precipitation hardening stainless steel powder according to claim 1, wherein O is contained at a concentration in the range of 0.01 mass % or more and 0.70 mass % or less.
の析出硬化系ステンレス鋼粉末。 3. The precipitation hardening stainless steel powder according to claim 2, wherein O is contained at a concentration in the range of 0.33 mass % or more and 0.53 mass % or less.
項に記載の析出硬化系ステンレス鋼粉末。 4. Any one of claims 1 to 3, wherein the average particle size is 0.50 μm or more and 50.00 μm or less.
Item 3. The precipitation hardening stainless steel powder according to item 1.
ダーと、を含むことを特徴とするコンパウンド。 A compound comprising the precipitation hardening stainless steel powder according to any one of claims 1 to 4 and an organic binder.
ダーと、を含むことを特徴とする造粒粉末。 A granulated powder comprising the precipitation hardening stainless steel powder according to any one of claims 1 to 4 and an organic binder.
Siが0.30質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Bで含まれ、
Nbが0.15質量%以上0.45質量%以下の範囲内の濃度Cで含まれ、
Niが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Dで含まれ、
Mnが0.05質量%以上1.00質量%以下の範囲内の濃度Eで含まれ、
Cuが3.00質量%以上5.00質量%以下の範囲内の濃度Fで含まれ、
下記式(1)で規定されるδの値が10.0質量%以上13.5質量%以下であること
を特徴とする析出硬化系ステンレス鋼焼結体。
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
・・(1) Cr is contained at a concentration A in the range of 15.00 mass% or more and 17.50 mass% or less,
Si is contained at a concentration B in the range of 0.30 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Nb is contained at a concentration C in the range of 0.15 mass% or more and 0.45 mass% or less,
Ni is contained at a concentration D in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
Mn is contained at a concentration E in the range of 0.05 mass% or more and 1.00 mass% or less,
Cu is contained at a concentration F in the range of 3.00 mass% or more and 5.00 mass% or less,
A precipitation hardening stainless steel sintered body, characterized in that the value of δ defined by the following formula (1) is 10.0 mass % or more and 13.5 mass % or less.
δ=3(A+1.5B+0.5C)-2.8(D+0.5E+0.5F)-19.8・
...(1)
る工程と、
前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、
を有し、 前記焼結体における炭素原子濃度は、前記析出硬化系ステンレス鋼粉末にお
ける炭素原子濃度より小さいことを特徴とする析出硬化系ステンレス鋼焼結体の製造方法
。 A step of molding the compound according to claim 5 or the granulated powder according to claim 6 to obtain a molded body;
sintering the molded body to obtain a sintered body;
wherein the carbon atom concentration in the sintered body is lower than the carbon atom concentration in the precipitation hardening stainless steel powder.
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| US20120251377A1 (en) | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Kuen-Shyang Hwang | Method for enhancing strength and hardness of powder metallurgy stainless steel |
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Patent Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| US20120251377A1 (en) | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Kuen-Shyang Hwang | Method for enhancing strength and hardness of powder metallurgy stainless steel |
| CN105829560A (en) | 2013-12-20 | 2016-08-03 | 霍加纳斯股份有限公司 | Method for producing sintered component and sintered component |
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